Physical-layer key generation (PKG) establishes cryptographic keys from highly correlated measurements of wireless channels, which relies on reciprocal channel characteristics between uplink and downlink, is a promising wireless security technique for Internet of Things (IoT). However, it is challenging to extract common features in frequency division duplexing (FDD) systems as uplink and downlink transmissions operate at different frequency bands whose channel frequency responses are not reciprocal any more. Existing PKG methods for FDD systems have many limitations, i.e., high overhead and security problems. This paper proposes a novel PKG scheme that uses the feature mapping function between different frequency bands obtained by deep learning to make two users generate highly similar channel features in FDD systems. In particular, this is the first time to apply deep learning for PKG in FDD systems. We first prove the existence of the band feature mapping function for a given environment and a feedforward network with a single hidden layer can approximate the mapping function. Then a Key Generation neural Network (KGNet) is proposed for reciprocal channel feature construction, and a key generation scheme based on the KGNet is also proposed. Numerical results verify the excellent performance of the KGNet-based key generation scheme in terms of randomness, key generation ratio, and key error rate. Besides, the overhead analysis shows that the method proposed in this paper can be used for resource-contrained IoT devices in FDD systems.


翻译:物理键生成(PKG) 建立来自无线频道高度相关测量的加密密钥,它依赖于上链接和下链接之间的对等频道特征,这是对Times Internet (IoT) 来说很有希望的无线安全技术。然而,作为上链接和下链接传输在不同频带运行的频率分解系统(频道频率反应不再对等)中,在上链接和下链接传输中,提取频率分解(DFDD)系统的共同特征是具有挑战性的。现有的DFD系统PKG 方法有许多局限性,即高间接费用和安全问题。本文件建议采用一个新的PKKGG GG 方案,利用通过深度学习获得的不同频带之间的特征映射功能,使两个用户在DFDD系统中产生非常相似的频道特征。特别是,这是首次在DFDFD系统中为PDD提供深度的频率分解系统进行深度学习。我们首先证明存在特定环境的频带特征映射功能,还有一个带有单一隐藏层的向上方网络,可以与绘图功能相近。然后建议建立 KGNet 系统(KGNet 网络),然后提议以对等频道地构建系统进行对等频道特征构造进行功能构造图制,并基于KGNet 和基于KGNet 的制纸制成计划的关键生成系统生成计划,并用KNet,并用KNet 以关键生成方法对关键生成方法进行精确算。

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